E+E位移传感器传感器的通用接口系统研究与设计
时栅是一种新型的E+E位移传感器传感器,利用时间测量空间,具有较高的性价比。为了提高时栅对传统E+E位移传感器传感器的兼容性,尽快普及时栅的应用,需要设计兼容传统E+E位移传感器传感器的时栅电气接口。 传统的E+E位移传感器传感器(如光栅)大多“以空间测量空间”,具有较好的动态性能,而时栅通过测量时间来间接测量空间的原理决定了时栅在测量过程中存在一个测量周期,使得在动态测量过程中时栅的位置反馈变得不连续。

E+E位移传感器传感器的通用接口系统研究与设计
在分析式时栅E+E位移传感器传感器频响特性的基础上,介绍了一种在数字信号处理电路中的数据串并转换思想,并提出了一种基于串并转换思想的式时栅信号处理电路设计方案。信号处理电路采用了复杂可编程逻辑器件(CPLD)芯片,预处理电路将测头信号进行模数转换后,经可编程多路切换器模块处理,自适应地将原始测头信号分别转换为对应的多路并行信号,各路对应的分频信号通过比相电路及传感器信号处理电路模块运算后转换为E+E位移传感器脉冲测量信号,zui后将多路E+E位移传感器脉冲测量信号进行并串转换操作输出测量值。提出基于SOPC技术的解决方案，将信号采集、处理和传输在单片高性能FPGA上实现，简化电路结构设计，降低系统功耗。采用Altera公司的Cyclone III EP3C25E144I7作为主控制器，使用VHDL硬件描述语言及其IP核在FPGA内部实现了周期计数、相位差计数、数据缓存、中断等功能模块，定制了NiosII指令，提高处理速度，构建了整个基于Nios II软核处理器的E+E时栅传感器信号处理系统。 本课题组研制出了超高精度的电场式直线时栅传感器E+E位移传感器传感器样机，该信号处理系统已成功应用于该样机，测量精度优于0.7μm。对信号处理电路进行了仿真,结果证明,该方法可大大提高时栅E+E位移传感器传感器的频响特性,从而为式时栅E+E位移传感器传感器提供了一种应用于动态测控针对时栅动态性能不足和与典型E+E位移传感器传感器接口不兼容的问题,做了如下工作:提出了一种回转位置预测测量新方法,利用时间序列理论对时栅测量值进行建模、分析,预测出未来一个测量周期的角度值,并将式离散角度测量值转化为增量式连续脉冲信号,进行位置反馈,使得基于静态测量的时栅传感器可应用于动态位置的连续反馈。研究了预测测量误差修正方案,利用当前实际测量值对上一次的预测误差进行修正,使得预测误差不会累积。以圆光栅和旋转变压器作为典型E+E位移传感器传感器,研究了以反馈增量位置值为代表的HEIDENHAIN圆光栅TTL增量式接口,以及反馈位置值为代表的带数字转换器的旋转变压器接口的特点,分析了通用接口设计思想,并设计了时栅的TTL增量式接口和旋转变压器接口。设计了一块数据同步采集卡,可以同步采集光栅TTL增量信号、时栅TTL增量信号和时栅的旋转变压器接口信号,便于展开精度测试实验。对使用兼容接口的时栅进行了静态和动态测量精度实验,实验结果表明:在静态测量时,时栅采用设计的TTL增量式接口和旋转变压器接口对测量精度几乎没有影响,与时栅原本的测量精度*;动态测量时,在各种运动状态下,当角加速度值不大于0.03316″/ms2时,时栅的动态测量精度为±4″。

E+E位移传感器传感器的通用接口系统研究与设计
无论是采用TTL增量式接口还是采用旋转变压器接口,时栅的动态测量误差都具有相似的特性,即数控转台运动加速度越小,误差就相对较小;角加速度越大,误差就相对较大。综上所述,对典型E+E位移传感器传感器的通用接口的研究促进了时栅的兼容接口的设计,解决了在通用数控系统中传感器的位置反馈接口问题,进而促进了时栅传感器的产品化及应用普及化。